郑州环境质量

郑州环境的模糊聚类分析

21世纪城市居民面临的人口—资源—环境危机将进一步加剧，城市生态环境面临的诸多问题包括：自然环境、城市灾害、环境污染、社会经济等。诸多城市问题的出现破坏了城市的生态系统，造成了城市环境污染，城市绿色植物迅速减少，微生物活动受到抑制，城市自然生态环境功能衰退，生态环境质量下降。因此，为了促进城市的可持续发展，保护城市生态环境，探索城市生态环境的评价指标、体系和方法是十分必要和迫切的。

1、 模糊聚类分析法原理

模糊聚类分析法是应用模糊数学的原理来研究和处理实际当中存在的大量的、不确定的、模糊的问题?。它能较好地克服综合指数法受人为冈素影响大的缺点，反映环境质量分级的模糊性，并且能较好地解决权值分配问题，使评价结论更合理、町靠。在城『ｆ『环境生态评价中。存在大量不确定性冈素，故选用模糊综合评判法来进行城市生态环境综合评价。对于模糊评判法，需具有：①评价因素集合U??u1,u2,u3,?,un?；○2 相应的评价标准集合V??v1,v2,v3,?,vn?；③权重集B??b1,b2,b3,?,bn?；○4建立隶属函数，模糊变量是用隶属度描述的，表示变量属于某一模糊子集的程度，隶属度可以是0~1之间的任何数；5建立模○糊关系矩阵：

?r11?rR??21???rn1r12r22rn2?r1n?r23?r2n??

???rn3?rnn?r13式中rij表示第i种因素的环境质量数值，属于第j类评价标准的隶属度。则环境质量综合评价模糊为Y=BR，根据最大隶属度原则，判断生态环境的等级状况。

2 、研究区的概况

郑州市的地理坐标为E112°42′~114°14′，N34°16′~34°58′，位于河南省中部偏北，地处中华腹地，九州通衢，北临黄河，西依嵩山.全市总面积

7446.2km2，人口735.6万，其中建成区面积294km2，建成区人口354万人.现辖6区5市和2个国家及开发区、一个国家及出口加工区.是中国历史文化名城、中国优秀旅游城市、国家园林城市、国家卫生城市.郑州属温带大陆性气候，年平均气温14.3℃，七月份最热，月平均气温27.3℃.一月份最冷，月平均气温为-0.2℃.降雨量640mm，大部分集中在七、八、九3个月.绿化覆盖率达35.5%，被誉为“中原绿城”.

3、 材料与方法 3.1评价模型框架

以压力一状态一响应模型构建城市生态安全的评价模型框架.即P—S—R模型.压力指标表示人类活动对环境造成的负荷；状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的支持能力；响应指标表征人类面临问题所采取的对策.它从人类与环境系统的相互作用与影响出发，对环境指标进行组织分类，具有较强的系统性.

3.2评价指标体系

依据P—S—R模型，结合上述指标选取的原则，制定了郑州市城市生态安全评价指标体系（表1）.该体系分3个层次，共21个指标，其中，压力、状态、响应指标各7个.

表1郑州市城市生态安全评价指标体系

3.3评价方法

3.3.1 数据标准化处理对数据进行标准化处理，使其变为无量纲较为均匀

的数据.效益型指标（数据越大越好的指标）标准方法：

?Yij/Zj?Yij??1?1??1?Yij??1?Y/Zj?ijYij?ZjYij?Zj Yij?ZjYij?ZjYij?Zj Yij?Zj成本型指标（数据越小越好的指标）标准化方法：

其中，各项指标的标准值见表2．标准化后的矩阵为： Zj为第j项指标的标准值，

Y??Yij?m?n

3．3．2指标权重根据信息熵计算各指标的权重．第j项指标的信息熵值ej 为：

ej??k?YijlnYij 式中，k?1/lnm，0≤ej≤1．

i?1m第j项指标的权重Wj为：

Wj?1?ej?(1?e)jj?1n

表2城市生态安全指标的标准值与权重

3.3.3 评价指标确定

1）资源环境压力指数Ai??wjyij为：其中Yij仅包含资源环境压力指标.

i?1nn 2）生态环境状态指数Bi??WjYij为：其中Yij仅包括生态环境状态指标.

i?1n3）人文社会响应指数Ci??WjYij为：其中Yij仅包含人文社会响应指标.

i?14）城市生态安全综合评价指数Si 为：Si?Ai?Bi?Ci.

资源环境压力指数代表人类活动对环境造成的负荷大小；生态环境状态指数表征环境质量状态、生态系统的支持能力程度；人文社会响应指数为对各种环境问题所采取对策的程度.

城市生态安全综合指数代表了城市生态安全的程度，指数越接近1，就越安全.越接近0，就越不安全。

4 、结果分析

4.1 生态安全状态分析

通过《郑州统计年鉴》以及《郑州统计概要》等资料，得到各项指标数值，结果见表3.

表3各项目层与生态安全指数

由计算结果可知，2003—2009年郑州市生态安全指数分别为：0.457，0.551，0.576，0.543，0.556，0.561和0.567，7年来的平均值为：0.547.借鉴谢花林[7]的生态安全分级标准（表4）得出7年来郑州市生态安全状态（表5）.

4.2 趋势分析

根据趋势图（图1）分析，尽管生态安全指数在2006年出现较小的波动，但是总体上呈上升趋势，说明郑州的生态安全状态朝着良性的方向发展.

整体来看，2003—2009年郑州市城市生态安全是向着良性发展的，7年来2003年生态安全指数最低，2005年是7年来生态安全指数最高的一年，但是2006年生态安全指数出现波动，主要是由于人口密度翻倍增加，是2005年的3.4倍，使得资源环境压力变大，另外就是第三产业比重下降，导致人文社会响应指数变小，使得2006年城市生态安全指数下降.

4.3 郑州生态安全预测

为较准确的预测郑州市生态安全状态的变化趋势，采用灰色模型理论 [8]，建立灰色模型，对未来5年郑州市生态安全进行预测.

4.3.1 灰色预测GM（1，1）模型根据2003-2009郑州市城市生态安全指数的数据，选取灰色模型预测精度和拟合度最高的公式：x（t+1）=0.000737e0.359506t+0.000359，其中：p=1.0000，c=0.0134；P代表小误差概率，c代表均方差比，表明灰色模型预测精度较高.

4.3.2城市生态安全指数预测根据公式计算出2010至2014年郑州市生态安全指数（见表7）.由表7可以看出，生态安全指数总的趋势是上升的，而且均大于0.55，属于较健康状态，但是涨幅不同，可能是不同时期出现的问题和人文环境响应不同所致.

表7未来5年郑州市生态安全指数预测数据

5 、 结论

1）2003—2009年郑州市城市生态安全是向着良性发展的，2003年生态安全指数最低，2005年是7年来生态安全指数最高的一年.

2）郑州市城市生态安全的良性发展主要依赖于经济的快速发展，人口的控制增长，植被覆盖率，环保投资占GDP比重和第三产业比重.

3）郑州未来5年城市生态状况总的趋势是朝良性发展.生态安全指数均大于0.59，属于较健康状态.

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